针对总功率受限的双跳全双工df中继系统最优功率分配方法
【专利摘要】针对总功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功率分配方法，属于无线传输【技术领域】。本发明为了解决双跳全双工解码转发中继(Decode-and-Forward，DF)系统的总功率受限问题。求解端到端的中断概率Po(γth)；当节点总的发射功率受限为pTotal时，双跳全双工DF中继最优功率分配策略等价为非线性最优化；最优功率分配的过程为：设代价函数J(p0，p1，λ)，其中λ为中间参数，对代价函数J(p0，p1，λ)求梯度得，设迭代精度门限值ε，利用等功率分配对p0和p1进行初始化，判断条件为和为针对总功率受限的双跳全双工DF中继最优功率分配结果。本发明适用于双跳全双工DF中继系统的最优功率分配，使得系统的端到端的中断性能达到最佳。
【专利说明】针对总功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功率分配 方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种功率分配方法，属于无线传输【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 第五代移动通信将为用户提供更高的数据传输速率和更好的服务质量。然而，要 在有限的频谱资源上实现更高的速率和更大的容量，就必须使用频谱效率极高的无线传输 技术。尽管多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,ΜΙΜΟ)技术已经极大地提高 了无线通信系统的性能和容量，并且近年来得到了迅猛的发展，已成为新一代无线通信的 核心技术之一，然而现有通信系统中，无论频分双工（Frequency Division Duplex,FDD)模 式和还是时分双工（Time Division Duplex,TDD)模式都通过占用不同的资源实现上、下行 通信来避免上下、行通信间的干扰，这显然将浪费一半的无线资源。所以如何利用同一信道 实现同时双向的传输现已成为5G后续演进技术中可以挖掘的重要无线频谱资源。
[0003] 最近几年，全双工无线通信技术逐渐引起了人们的重视，全双工无线通信技术旨 在利用同一频率进行同时收发，这样既节省了时间资源又节省了频率资源，理想的全双工 系统的频谱利用率是FDD系统以及TDD系统的二倍。而全双工中继系统则是全双工技术 与中继技术的结合，提高系统的频谱利用效率的同时还能够提高系统容量增加系统覆盖面 积。而最优功率分配策略，则是中继系统达到最优性能的保障。传统的最优功率分配策略 都是针对半双工中继系统的，而对于全双工中继系统，系统架构与半双工完全不同，因此需 要重新构建适用于全双工中继系统的最优功率分配策略。
【发明内容】
[0004] 针对双跳全双工解码转发（Decode-and-Forward，DF)中继系统的总功率受限问 题，设计一种针对总功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功率分配方法。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0006] 针对总功率受限的双跳全双工DF中继最优功率分配方法，所述双跳全双工DF中 继系统由源节点（R。)，中继节点取）以及目的节点（R 2)组成，信号传播的信道为瑞利衰落 信道，假设Pi为节点Ri α = 〇, 1)的发射信号的功率，即源节点&的发射功率是P(1，中继节 点Ri的发射功率是Pl，当不考虑自由空间传播损耗时，节点& (j = 1，2)的接收到的来自节 点Ri(i = 0, 1)的经过衰落信道后信号的平均信噪比艺为：
[0007]
【权利要求】
1.针对总功率受限的双跳全双工DF中继最优功率分配方法，所述双跳全双工DF中继 系统由源节点R〇,中继节点&以及目的节点R2组成，信号传播的信道为瑞利衰落信道，假设 Pi为节点氏(i = 〇, 1)的发射信号的功率，即源节点R〇的发射功率是P〇,中继节点札的发 射功率是口:，当不考虑自由空间传播损耗时，节点I^(j = 1，2)的接收到的来自节点Rji = 0, 1)的经过衰落信道后信号的平均信噪比尺;为：
(1) 其中为信道衰落系数的模值的均方值，队为噪声功率； 其特征在于：所述方法的实现过程为： 步骤一、求解端到端的中断概率PjYth): 当给定接收信噪比门限Y th时，双跳全双工DF中继系统的端到端的中断概率PJ γ th) 为：
(2) 步骤二、当节点总的发射功率受限为pT(rtal时，双跳全双工DF中继最优功率分配策略等 价为非线性最优化问题：
约束条件：Po+Pi = PT()tal 等价于：
(4) 约束条件：Po+Pi = PT()tal
，对目标函数去自然对数运算后，最优化问题等价 为：
(5) 约束条件：Pd+Pi = PT()tal 其中： 最终最优功率分配问题转化为公式（5)所示； 步骤三、进行最优功率分配，过程如下： (6) 步骤1:设代价函数·KPmPi，λ)，其中λ为中间参数；
步骤2 :对代价函数J(P(I，Ρι，λ)求梯度得，
步骤3 :令梯度VJ=0,得到方程组：
(9) 步骤4 :解方程组后得到：
(10) 其中
(II 步骤5 :设迭代精度门限值ε，利用等功率分配对源节点&的发射功率P(l和中继节点 札的发射功率Pl进行初始化，即
步骤6:令中间变量g等于P(l; 步骤7 :将P。和Pi带入公式（10)中，求得新的; 步骤 8 :p! = pTQtal-p0 ; 步骤9 :判断条件I凡-g| < f是否成立，如果不成立，则跳回步骤6 ;如果条件成立，则 继续步骤10 ; 步骤10 :此时的p。= 和A W即为针对总功率受限的双跳全双工DF中继最 优功率分配结果。
2.根据权利要求1所述的针对总功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功率分配方 法，其特征在于：所述方法步骤5中所述迭代精度门限值ε的取值为小于或等于0. 01。
【文档编号】H04W72/08GK104093210SQ201410360142
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】韩帅, 陈雷, 孟维晓 申请人:哈尔滨工业大学